巴音查汗　安鵬

摘 要： 傳統(tǒng)的智慧校園系統(tǒng)，面對(duì)不斷增長(zhǎng)的信息，存在控制效率低以及安全性差的問題?；谠摤F(xiàn)象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于嵌入式及RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)。其由智能RFID感知模塊、網(wǎng)絡(luò)融合模塊、嵌入式硬件支持模塊、支撐站模塊、業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊以及綜合服務(wù)模塊構(gòu)成。系統(tǒng)分別對(duì)這些模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，完成校園的智能化管理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行效率較高。

關(guān)鍵詞： 嵌入式技術(shù)； 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 智慧校園系統(tǒng)； 智能化管理

中圖分類號(hào)： TN915?34； TP393.18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0063?03

Abstract： The traditional wisdom campus system， in the face of growing information， exists the problems of low control efficiency and poor safety. In order to eliminate this phenomenon， a wisdom campus system based on embedded and RFID IOT technology was designed and implemented. It is composed of intelligent RFID perception module， network fusion module， embedded hardware support module， supporting station module， business application module and comprehensive service modules. These modules were designed and implemented respectively， and then the campus intelligent management was completed. The eExperiment result shows that the embedded system runs stably and efficiently.

Keywords： embedded technology； IOT technology； wisdom campus system； intelligent management

隨著嵌入式技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化管理方法在當(dāng)前校園管理中的應(yīng)用價(jià)值逐漸增強(qiáng)。傳統(tǒng)的智慧校園系統(tǒng)，面對(duì)不斷增長(zhǎng)的信息，存在控制效率低以及安全性差的問題，不能為教師、學(xué)生以及管理人員提供智能的信息服務(wù)[1]。基于嵌入式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠塑造智慧校園系統(tǒng)，可增強(qiáng)校園設(shè)施的管理效率、提高教師授課質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)效率以及校園信息控制的安全性。

1 智慧校園系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文采用嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)出智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示，其由智能感知模塊、網(wǎng)絡(luò)融合模塊、硬件支撐模塊、支撐站模塊、業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊以及綜合服務(wù)模塊構(gòu)成[2]。智慧校園系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)中的RFID，EPC等不同的傳感器配件部署到教室、食堂、圖書館、實(shí)驗(yàn)室等不同設(shè)施中，采用智慧校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相連，確保不同的信息在校園不同領(lǐng)域進(jìn)行互通，對(duì)校園中的人和物進(jìn)行智能化管理。

（1） RFID智能感知模塊。智能感知模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。可以看出，其采用物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器、智能手機(jī)、PDA等部件，基于智能感知平臺(tái)，通過RFID辨識(shí)、視頻提取等手段，對(duì)校園環(huán)境中的辦公室部件、宿舍部件、教室部件以及實(shí)驗(yàn)室部件進(jìn)行感知以及檢測(cè)。采用融合的網(wǎng)絡(luò)傳遞檢測(cè)到的結(jié)果，完成校園環(huán)境的智能控制。

（2） 網(wǎng)絡(luò)融合模塊。智慧校園中的網(wǎng)絡(luò)融合模塊采用物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，融合校園中的有線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等，完成不同網(wǎng)絡(luò)間信息的全面對(duì)接，確保校園中的人信息、物信息的暢通無阻傳輸[3]。采用一體化的信息控制方案，為智慧校園提供高效率、穩(wěn)定的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

（3） 硬件支撐模塊。該模塊采用VMware虛擬化手段，通過交換機(jī)、服務(wù)器以及存儲(chǔ)部件，實(shí)現(xiàn)智慧校園系統(tǒng)中大量信息的嵌入式存儲(chǔ)，對(duì)智慧校園系統(tǒng)中的大規(guī)模運(yùn)算和存儲(chǔ)資源進(jìn)行全方位控制。其中的交換機(jī)用于實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，其由視頻器、基帶處理器、功放器以及存儲(chǔ)器構(gòu)成，通過一塊電路板則完成所有的功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的交換機(jī)采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的集成電路板，其型號(hào)是TC35，能夠完成語言信號(hào)行業(yè)短消息的傳遞和結(jié)束。該集成電路板是雙頻頻段，可高效率地支撐數(shù)據(jù)、語言以及傳真的傳遞，包含RS 232接口以及語言接口，具有較高的電源范圍，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。其由6個(gè)硬件構(gòu)成，其中的基帶處理器是關(guān)鍵部分，能夠?qū)崿F(xiàn)信息通信功能。

（4） 支撐站模塊。支撐站模塊依托于數(shù)字化校園系統(tǒng)內(nèi)的軟件，設(shè)計(jì)出信息整合平臺(tái)以及應(yīng)用整合開發(fā)平臺(tái)，對(duì)智慧校園系統(tǒng)中不同的身份信息、感知數(shù)據(jù)以及不同類型業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位控制。

（5） 業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊。不同的校園依據(jù)自身的特征塑造的業(yè)務(wù)應(yīng)用也存在較大的差異，這些業(yè)務(wù)應(yīng)用采用物聯(lián)管理實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，主要包括校園一卡通、視頻監(jiān)控、部件控制、處理和檢索歷史記錄等[4]。一卡通業(yè)務(wù)控制學(xué)生的一卡通和身份信息，從視頻監(jiān)控模塊中能夠看到校園各監(jiān)控站點(diǎn)的視頻圖像，采用部件控制模塊完成智慧校園的傳感器部分、門禁目標(biāo)、警報(bào)器等部件的處理、檢索以及控制。視頻監(jiān)控部分的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。基于校園安防需求，采用射頻技術(shù)和AT89S51型讀卡器，完成射頻辨識(shí)，并通過TC35模塊實(shí)現(xiàn)通信傳遞，采用液晶顯示屏呈現(xiàn)監(jiān)控圖像，管理人員通過鍵盤完成視頻監(jiān)控的及時(shí)調(diào)整。 其中，AT89S51核心芯片通過RS 232接口經(jīng)TC35模塊完成信息交互。endprint

（6） 綜合服務(wù)模塊。綜合服務(wù)模塊是對(duì)智慧校園系統(tǒng)中的全部模塊進(jìn)行統(tǒng)一管理，塑造控制決策站、自主學(xué)習(xí)站以及交流站等服務(wù)站，為校園中的教師、學(xué)生以及管理者提供綜合信息服務(wù)平臺(tái)。

1.2 智慧校園系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)融合模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

塑造校園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是智慧校園系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，塑造的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)覆蓋校園教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)室以及圖書館等區(qū)域，并且還在學(xué)生宿舍設(shè)置了1 800個(gè)AP，增益天線2 800多個(gè)，無線傳感器3 400多個(gè)，完善校園不同區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)的全面覆蓋，確保人們?cè)谛@的任何地方都可上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)校園信息的全面?zhèn)鬟f。

1.2.2 硬件支持模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

塑造校園物聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。塑造網(wǎng)絡(luò)部件的關(guān)鍵部分，部署多層交換機(jī)9306和核心交換機(jī)TC35，路由器NE40，將校園的出口帶寬提高到3 400 Mb/s，設(shè)置電信、聯(lián)通、移動(dòng)以及教育網(wǎng)絡(luò)4個(gè)出口，通過防火墻對(duì)出口進(jìn)行NAT變換以及向服務(wù)器提供帶寬服務(wù)[5]。將華為S13400以及S8204交換機(jī)當(dāng)成核心控制器，對(duì)校園物聯(lián)網(wǎng)中的鏈路冗余以及復(fù)制進(jìn)行控制，塑造的智慧校園網(wǎng)絡(luò)硬件拓?fù)淙鐖D5所示。

塑造35個(gè)智慧教室。教師采用手機(jī)驅(qū)動(dòng)教室管理平臺(tái)，在校園的教室中塑造高速無線網(wǎng)絡(luò)，為智慧教室中的不同職能部件提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保教室和學(xué)生間進(jìn)行信息的及時(shí)交流和互動(dòng)[6]。智慧教室的集中聯(lián)網(wǎng)管理過程，需要驅(qū)動(dòng)服務(wù)器對(duì)教室中的相關(guān)部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且通過服務(wù)器還可對(duì)不同智慧教室的運(yùn)行情況進(jìn)行檢索。

1.2.3 支撐站模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

支撐站模塊設(shè)計(jì)的校園信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如圖6所示?？梢钥闯銎浒ㄖ腔坌@總體規(guī)劃、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范以及管理水平分析等的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

支撐站模塊還塑造統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)采用數(shù)據(jù)變換工具，消除數(shù)據(jù)中的噪聲、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和傳輸，完成不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的共享以及交互[7]；塑造統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)是統(tǒng)一身份認(rèn)證和接口平臺(tái)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)不同應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證，形成統(tǒng)一的應(yīng)用系統(tǒng)接口以及集中認(rèn)證接口技術(shù)規(guī)范，增強(qiáng)智慧校園的安全性。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 系統(tǒng)有效性檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)對(duì)本文塑造的基于嵌入式及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)的性能進(jìn)行檢測(cè)，某院校的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息安全技術(shù)3個(gè)專業(yè)的2013級(jí)以及2014級(jí)6個(gè)班186名同學(xué)對(duì)本文系統(tǒng)使用6周的操作情況進(jìn)行檢查，并且在業(yè)余時(shí)間組織同學(xué)對(duì)系統(tǒng)的智慧教室以及培訓(xùn)功能等子應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行并發(fā)訪問，統(tǒng)計(jì)6周檢測(cè)過程中本文系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果，如表1所示。

分析表1可以看出，本文設(shè)計(jì)的智慧校園系統(tǒng)運(yùn)行正常，并且運(yùn)行效率較高，可為學(xué)生提供相關(guān)的服務(wù)，是有效的校園信息智能化管理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)對(duì)本文設(shè)計(jì)的智慧校園系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能進(jìn)行檢測(cè)，分析網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能中的網(wǎng)絡(luò)部件拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及流量控制的檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)用例為： 網(wǎng)絡(luò)部件拓?fù)淇刂朴美绫?所示。

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與流量控制測(cè)試用例如表3所示。

綜合分析上述檢測(cè)結(jié)果可得，本文設(shè)計(jì)的智慧校園系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部件拓?fù)淇刂埔约熬W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和流量控制等功能都正常運(yùn)行，并且系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。如果校園網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生故障，則系統(tǒng)會(huì)及時(shí)向網(wǎng)絡(luò)控制人員反饋報(bào)警信息，提高智慧校園系統(tǒng)的管理效率和穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)。分析實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能以及其他功能都運(yùn)行穩(wěn)定，具有較高的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了校園系統(tǒng)的智能化管理。

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